工程水文學發(fā)展歷史

早在公元前3000年埃及人即開始觀測尼羅河水位。公元前450～350年希臘柏拉圖和亞里斯多德提出水文循環(huán)的臆說。公元前250年，我國李冰在四川都江堰設立石人測量水位。此后公元100～200年東漢王充在《論衡》一書中對水循環(huán)概念作了論述。公元1452年頒布“測雨器制度”。公元1452年意大利達·芬奇用浮標測流速，并通過觀測論證r水循環(huán)，一些水文學的基本原理開始形成。這個時期被認為是水文學的萌芽時期。

公元1600～1900期間，實驗水文學興起，一些水文測驗儀器制造成功，如畢托管、瓦爾德曼流速儀等；科學家發(fā)現(xiàn)了一些水文學原理，如流傳至今的伯努利方程、謝才流速公式、達西定律、曼寧公式等。特別是公元1 674年法國人P·貝羅特在巴黎出版了《噴泉的起源》一書，將人們對水文循環(huán)的認識提高到數(shù)量描述的高度。書中記敘他在塞納河進行了三年的雨量觀測，計算出塞納河在伯格底以上流域內(nèi)的年徑流量只是降水量的六分之一，這一結(jié)論的公布，被認為是現(xiàn)代水文科學的開始。為了紀念他對水文學的貢獻，1974年聯(lián)合國教科文組織和世界氣象組織聯(lián)合在巴黎舉行了水文科學300年紀念會。這一時期被稱為水文學的奠基時期。

1900～1950年各國逐漸建立正規(guī)的水文站、雨量站，更深入的探討水文規(guī)律，水文學基本理論有很大發(fā)展并被應用于生產(chǎn)實踐，應用水文學得到廣泛的發(fā)展。由于科學技術的進步，水利、交通、動力等大量開發(fā)，迫切需要解決工程建設中的許多水文問題；實測水文資料的增長，水文站網(wǎng)的發(fā)展，促進了水文預報和計算工作。除出現(xiàn)了許多經(jīng)驗公式和預報方法外，還出現(xiàn)了許多結(jié)合成因分析的推理公式、合理化公式以及相關因素預報方法等，并對水文過程的機制進行了探討。如1932年謝爾曼的匯流單位線，1940年霍頓的下滲理論等。同時，統(tǒng)計方法也開始用于水文分析計算。這一時期被稱為水文學的實踐時期。

50年代之后，世界水文科學出現(xiàn)了新的因素：一是水文科學理論的深入研究和有關學科的滲透，促使水文計算和水文預報出現(xiàn)了許多新方法；二是電子計算機的應用大大改變了水文科學的面貌，遙感、遙測和核技術的應用使水文科學進入了現(xiàn)代化時期，如水文自動遙測系統(tǒng)、聯(lián)機預報系統(tǒng)及各類水文模型等。特別是全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和遙感遙測系統(tǒng)技術在水文學中的應用，為水文實時預報展示了廣闊的前景。許多新的水文分支學科，如隨機水文學、城市水文學、農(nóng)業(yè)水文學、森林水文學、環(huán)境水文學也已出現(xiàn)。 2100433B

人類生存的基本環(huán)境空間由氣圈、水圈和地圈構(gòu)成，其中氣和水只是水分的不同存在形式，均屬于水文學的研究范疇。工程水文學為人類了解自然規(guī)律、科學安排國民經(jīng)濟活動提供依據(jù)。因此，它的應用范圍很廣，如攔河筑壩的水能源利用工程，水資源工程，跨河或穿河橋梁等公路與鐵路交通工程，城市與工礦給排水工程，水、油、氣等能源的管道輸送工程，鄰河工程，河流資源的保護與可持續(xù)利用，等等。工程水文學應用于工程建設的各個階段。

工程規(guī)劃設計階段，根據(jù)工程設計標準，需要通過水文分析與計算，預測工程運用期河流或流域的來水量及其變化，以便確定工程的設計規(guī)模。若區(qū)域水量預計過大，則工程規(guī)模偏大，導致工程投資過大。反之，則工程規(guī)模偏小，致使建筑物達不到預期設計標準，運用標準降低。在這一階段，工程對環(huán)境的影響評估、水土保持方案編制等也需要水文學知識。

工程施工階段需要預報或估算施工期的設計洪水，以便確定圍堰、導流建筑物的規(guī)模，同時水文預報還為科學安排施工進度所用。例如，河流環(huán)境下的橋墩基礎施工常用圍堰、導流堤。

工程運行管理期間需要進行實時水文預報，提高工程運用效益，水文洪水預報更是汛期防汛、應急搶險、防災減災、保證工程建筑物安全等所必不可少的重要信息?？绾庸芳拌F路橋梁等工務管理，每年都需要根據(jù)水文預報和線路、大橋設備情況在汛前進行防汛準備，盡早采取預防措施，避免交通線路發(fā)生洪水災害。

由于水文現(xiàn)象具備確定性規(guī)律、地理分布規(guī)律和統(tǒng)計規(guī)律，研究方法相應地分為成因分析法、地理綜合法和數(shù)理統(tǒng)計法。

成因分析法根據(jù)水文過程形成的機理，定量分析水文現(xiàn)象與其影響因素之間的成因關系，并建立相應的數(shù)學物理方程。例如，根據(jù)實測降雨、蒸發(fā)、河道流量資料，建立降雨量和徑流量之間的定量關系；在水文資料整編中，建立的水位——流量關系；在河流洪水短期預報中，根據(jù)降雨過程預報某一地點河流斷面出現(xiàn)的洪水過程等。應該說明的是，由于水文現(xiàn)象的復雜性，成因分析法需要在對天然的水文過程進行概化的基礎上，建立概念性或經(jīng)驗性的水文分析方法和計算模式，與實際結(jié)果相比，計算成果是存在一定誤差的，只要誤差在允許范圍內(nèi)，計算成果就是合理和可行的。

地理綜合法依據(jù)水文現(xiàn)象所具有的地區(qū)性和地帶性分布特征，綜合氣候、地質(zhì)、地貌、土壤、植被等自然地理要素，分析水文要素的地理分布規(guī)律，利用已有的水文資料建立地區(qū)性經(jīng)驗公式，繪制水文特征等值線圖。地理綜合法應用較為簡易，主要用于無資料中小流域的水文特征值的分析計算。地理綜合法具有明顯的經(jīng)驗性，計算誤差相對較大，對成果的可靠性和合理性需作更深入分析。

數(shù)理統(tǒng)計法以概率論和統(tǒng)計學為基礎，通過分析大量歷史資料，揭示水文現(xiàn)象的統(tǒng)計規(guī)律，從概率的角度定量預估設計地點未來可能的水文情勢。例如，運用頻率分析方法，求得水文要素的概率分布，從而得出工程規(guī)劃設計所需要的水文設計值；針對兩個或多個變量之間的統(tǒng)計關系，采用相關分析途徑，建立設計變量與參證變量之間的相關關系，以插補展延水文系列。數(shù)理統(tǒng)計法得出的結(jié)果總是存在抽樣誤差的，其大小主要取決于所采用水文系列樣本的長度。然而，大部分地區(qū)人類進行水文觀測的時間很短，造成水文統(tǒng)計結(jié)果抽樣誤差相對較大，對規(guī)劃設計的涉水工程安全性構(gòu)成影響。因此，工程水文學很重視各種降低水文統(tǒng)計參數(shù)抽樣誤差的研究，并對工程安全影響進行分析和補償。

在工程水文學中，由于影響水文過程的因素是非常復雜的，成因分析法和數(shù)理統(tǒng)計法往往不能截然分開，需結(jié)合使用才能較好地描述水文過程，有效地減少計算成果的誤差。在實際情況下，即使是認識到水文現(xiàn)象的成因規(guī)律，往往也是定性的認識，不能從確定性途徑建立相應的數(shù)學物理方程，需要根據(jù)實測資料，借助于統(tǒng)計學途徑建立相關關系。同樣，要采用數(shù)理統(tǒng)計法建立設計變量與參證變量之間的相關關系，必須采用成因分析方法選擇合適的參證變量，才能使得建立的相關關系具備可靠性和有效性。因此，認真地學習、了解和掌握水文過程的成因規(guī)律、地理分布規(guī)律和統(tǒng)計規(guī)律，掌握工程水文學的研究方法的特性，才能較好地解決工程實際問題。

工程水文學的主要研究內(nèi)容包括水文計算和水文預報。

(1)水文計算

主要從概率統(tǒng)計的角度測算工程實施中和完成后，很長時期內(nèi)可能遇到的各種概率的水文現(xiàn)象的大小與過程。例如：預測某水利工程千年一遇的設計洪峰有多大，千年一遇的設計洪水過程"para" label-module="para">

水文計算主要為規(guī)劃設計提供依據(jù)。

(2)水文預報

預報指定地點或地區(qū)一定時期內(nèi)（預見期）水文現(xiàn)象的大小及變化過程。例如：預報某河流斷面處未來24h的水位有多高，預報某次降水所產(chǎn)生的流量過程"para" label-module="para">

常研究的水文變量包括：設計年徑流、年輸沙量、設計洪水。為此，應了解水文現(xiàn)象的基本規(guī)律以及水文學的研究方法。

水文學是地球科學的組成部分、也是現(xiàn)代科學技術的一個領域，它有許多實際用途，通常稱為“應用水文學”。工程水文學就屬于應用水文學，它是將水文學的基本理論與方法應用于工程建設（如水利水電能源工程、城市工礦用水工程、農(nóng)田水利工程、修建鐵路、公路、橋梁、國防建設等）的一門學科。它主要研究與水利工程的規(guī)劃、設計、施工和運行管理有關的水文問題。

第1章 緒論

1．1 工程水文學概述

1．1．1 水文學

1．1．2 工程水文學

1．1．3 工程水文學的應用

1．2 水文現(xiàn)象及其基本規(guī)律

1．2．1 水文現(xiàn)象

1．2．2 水文現(xiàn)象的基本規(guī)律

1．3 水文學的研究方法

1．3．1 研究方法

1．3．2 水文學的研究特點

思考題

第2章 水文循環(huán)與河川徑流

2．1 水循環(huán)與水量平衡

2．1．1 地球上的水儲量及其分布

2．1．2 水文循環(huán)

2．1．3 水量平衡

2．2 降水、蒸發(fā)與下滲

2．2．1 降水

2．2．2 蒸發(fā)

2．2．3 下滲

2．3 流域與河流

2．3．1 流域

2．3．2 河流及其特征

2．3．3 河口及其形態(tài)

2．4 河川徑流

2．4．1 河川徑流及其形成

2．4．2 徑流的度量

2．5 流域產(chǎn)、匯流

2．5．1 流域產(chǎn)流分析與計算

2．5．2 流域匯流原理與計算

2．5．3 徑流要素分割

2．5．4 分布式流域水文泥沙模型

2．6 河口、海岸水文簡介

2．6．1 河口水文

2．6．2 海岸水文

思考題

第3章 水文統(tǒng)計基本概念與方法

3．1 概述

3．1．1 水文統(tǒng)計的意義

3．1．2 水文統(tǒng)計的基礎理論

3．2 水文統(tǒng)計的基本概念

3．2．1 事件、概率與頻率

3．2．2 總體、樣本、統(tǒng)計學

3．2．3 隨機變量

3．3 隨機變量的概率分布及其統(tǒng)計參數(shù)

3．3．1 隨機變量的概率分布

3．3．2 重現(xiàn)期與保證率

3．3．3 隨機變量的統(tǒng)計參數(shù)

3．4 統(tǒng)計參數(shù)的估計

3．4．1 矩法

3．4．2 統(tǒng)計量的無偏估計

3．4．3 抽樣誤差

3．5 水文頻率分布曲線線型

3．5．1 正態(tài)分布

3．5．2 皮爾遜Ⅲ型分布

3．6 水文頻率計算方法

3．6．1 經(jīng)驗頻率

3．6．2 統(tǒng)計參數(shù)初估

3．6．3 理論頻率曲線計算

3．6．4 統(tǒng)計參數(shù)對頻率曲線的影響

3．7 水文變量相關分析

3．7．1 概述

3．7．2 簡單線性相關分析

3．7．3 一元線性回歸分析

3．7．4 一元非線性回歸分析

3．7．5 多元線性回歸分析

思考題

第4章 水文觀測與資料處理

4．1 水文資料獲取途徑

4．1．1 數(shù)據(jù)采集途徑

4．1．2 水文觀測

4．1．3 水文調(diào)查

4．2 水文測站的設立

4．2．1 河流穩(wěn)定性對水文測站的影響

4．2．2 水文測站的設立

4．2．3 觀測時間間隔

4．3 水位觀測及資料處理

4．3．1 水位觀測

4．3．2 水位觀測資料處理

4．4 流量觀測及資料處理

4．4．1 過流斷面測量

4．4．2 流速測量

4．4．3 斷面流量計算

4．4．4 其他測流方法

4．4．5 流量資料處理及應用

4．5 洪、枯水調(diào)查

4．5．1 目的

4．5．2 洪、枯水調(diào)查簡介

4．6 泥沙觀測及分析

4．6．1 河流泥沙研究目的

4．6．2 泥沙及其基本特征

4．6．3 河流中的泥沙輸運

4．6．4 泥沙觀測

4．7 冰情及河口海岸水文觀測

4．7．1 冰情觀測

4．7．2 海洋水文觀測

思考題

第5章 工程水文預報原理與方法

5．1 概述

5．1．1 水文預報

5．1．2 水文預報的意義

5．1．3 水文預報的分類

5．2 短期洪水預報

5．2．1 洪水特征

5．2．2 河段洪水預報的水動力學方法

5．2．3 水文學方法

5．3 枯水預報

5．3．1 意義

5．3．2 基本原理

5．4 施工期水文預報

5．4．1 意義

5．4．2 圍堰水情預報

思考題

第6章 設計洪水推求

6．1 設計洪水概述

6．1．1 防洪的意義

6．1．2 設計洪水

6．1．3 防洪設計標準

6．1．4 設計洪水的推求

6．2 由流量資料推求設計洪水

6．2．1 樣本選取與資料審查

6．2．2 樣本插補與延長

6．2．3 樣本構(gòu)成

6．2．4 設計洪峰流量推求

6．2．5 設計洪峰流量推求示例

6．2．6 設計洪水估計值的抽樣誤差及合理性檢查

6．3 由暴雨資料推求設計洪水

6．3．1 意義及方法

6．3．2 暴雨頻率分析

6．3．3 由設計暴雨轉(zhuǎn)換設計凈雨

6．3．4 設計洪水計算

6．4 小流域設計洪水

6．4．1 小流域設計洪水特點

6．4．2 小流域設計暴雨

6．4．3 推理公式法推求設計洪峰流量

6．5 設計洪水水位和過程線

6．5．1 設計洪水水位

6．5．2 設計洪水過程線

思考題

第7章 其他工程水文問題

7．1 概述

7．2 設計枯水推算

7．2．1 設計枯水問題

7．2．2 由實測資料推求設計枯水流量

7．2．3 缺乏資料時設計枯水估算

7．3 城市水文問題

7．3．1 暴雨徑流特點

7．3．2 設計暴雨

7．3．3 水文資料特點

7．3．4 城市水文設計內(nèi)容

7．4 河口、海岸水文設計要素推求

7．4．1 概述

7．4．2 設計潮位推求

7．4．3 設計波浪推求

附錄A 皮爾遜Ⅲ型頻率曲線的離均系數(shù)鮒當í

附錄B 皮爾遜Ⅲ型頻率曲線的模比系數(shù)KP值表

附錄C 頻率格紙的橫坐標分格表

附錄D 第Ⅰ型極值分布律的隤n值表

參考文獻2100433B

本書闡述工程水文學的基本原理與方法，包括：水文信息采集，徑流形成，產(chǎn)流匯流計算，水文預報，水文模型，水文統(tǒng)計，設計徑流與徑流隨機模擬，設計洪水，古洪水與可能最大洪水，水污染及水質(zhì)模型等內(nèi)容。

本書為高等學校水利水電類專業(yè)國家級重點教材，也可供從事水利工程和市政工程的技術人員參考。

書名：全國中等職業(yè)教育農(nóng)業(yè)水利工程類精品教材--全國農(nóng)村水利員培訓新概念規(guī)劃教材--工程水文學

定價：22

條形碼：9787508431253

ISBN:ISBN 7-5084-3125-1

作者：曹欣榮

印刷日期：2005-8-1

出版日期：2005-8-1

精裝平裝_開本_頁數(shù)：16開，136 頁

中圖法：bookJC04

中圖法一級分類：教材

中圖法二級分類：中職中專教材

書號：B10029796